《背靠背变换器的仿真研究毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《背靠背变换器的仿真研究毕业论文（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、毕业设计（论文）题 目 背靠背变换器的仿真研究 专 业 电气工程及其自动化 西安理工大学本科生毕业设计（论文）背靠背变换器的仿真研究摘 要背靠背电压源型变换器在轻型直流输电系统，变速恒频风力发电系统轻型直流输电系统以及电动机变频调速中有着越来越重要的作用。PWM整流-PWM逆变形式的背靠背VSC不仅具有良好的输出性能，更具有良好的输入性能，可获得任意功率因数的正弦输入电流，且具有能量双向流动的良好能力。介绍了背靠背电压源型变流器在dq同步旋转坐标系下的动态数学模型、背靠背电压源型变流器与两端交流系统互联时的功率交换控制原理。设计了基于直接电流控制的双闭环控制器，实现了有功功率和无功功率的解耦控
2、制，基于系统传递函数，采用极点配置的PI参数设计方法，使控制器的期望性能指标与PI参数之间建立了直接的量化关系。最后，利用PSCAD软件搭建了背靠背VSC变换器控制仿真模型，最终通过对背靠背VSC与两端交流系统的功率交换进行控制仿真，验证了所设计控制器的有效性。关键词：背靠背电压源型变换器、dq轴解耦控制、直接电流控制AbstractBack-to-back voltage source converter is becoming more and more important in new fields such as VSCF wind power generator system and
3、 HVDC light. back-to-back VSC in the form of PWM rectifier-PWM inverter not only has good output performance, but also has good input performance,and it can obtain sinusoidal input current with any power factor as well as a bidirectional energy flow.The dynamic mathematical model for back-to-back VS
4、C under dq synchronous reference frame is represented as well as the power exchange control principle between converters and two side ac systems.t A dual closed loop controller based on direct current control strategy is designed for active power and reactive power exchange between the converter and
5、 two side ac systems, active power control and reactive power control are decoupled. According to the system transfer function, the direct quantitative relationship is established between the desired performance targets and PI parameters based on pole-assignment for PI parameters design method.Final
6、ly, power exchange control simulation model for back-to-back VSC based on PSCAD is set up, Power exchange control between back-to-back VSC and two side ac systems is simulated, the validity of the proposed controller is demonstrated by the simulation results.Keywords: back-to-back voltage source con
7、verter, dq axis decoupled control, direct current control目 录第1章 绪论11.1 选题背景及意义11.2 背靠背VSC的研究现状1 1.2.1 背靠背VSC的应用情况1 1.2.2 VSC控制策略的研究现状5第2章 背靠背VSC的数学模型62.1 背靠背VSC的工作原理62.2 背靠背VSC的数学模型10第3章 背靠背VSC的控制器设计113.1 背靠背VSC的上层控制策略113.2 背靠背VSC的控制器设计12 3.2.1 背靠背VSC内环电流控制器设计12 3.2.2 背靠背VSC直流电压控制器设计15 3.2.3 背靠背VSC2
8、侧控制器设计183.3 本章小结20第4章 背靠背VSC仿真运行结果224.1 背靠背 VSC 系统功率控制仿真建模22 4.1.1 锁相环22 4.1.2 dq变换模块23 4.1.3 调制波发生模块23 4.1.4 上层控制模块24 4.1.4 PWM发生模块254.2 背靠背 VSC 系统功率控制仿真结果28 4.2.1 直流电压控制仿真结果28 4.2.2 VSC1侧无功功率控制仿真结果28 4.2.3 VSC2侧有功功率控制仿真结果30 4.2.4 VSC2侧无功功率控制仿真结果31结论33致谢22参考文献32附录42I第1章 绪论1.1 选题的背景及意义目前，以全控型器件和 PWM
9、 技术为特征的背靠背电压源型变流器（VoltageSource Converter, VSC），由于具有能够实现能量的双向流动、有功功率和无功功率可独立控制、产生的谐波含量小、直流电压可控等诸多优点，在节能与新能源备受重视的当今社会，已成为变速恒频风力发电系统、轻型直流输电系统及电动机变频调速技术的核心，从而得到了广泛的关注15。近年来，许多学者对于变流器的控制技术进行了深入研究，取得了一些成果。背靠背电压源型变流器应用于上述领域时，其控制目标是实现两端交流系统功率的相互交换，系统的整体工作性能不仅取决于控制器的稳定性、快速性和精确性，而且与主电路结构及参数有关，而控制器的性能则决定于控制策略
10、和控制器参数选择的优劣。因此，对于背靠背 VSC 的控制器如何设计，控制器参数如何选取以满足控制目标的要求、主电路参数对系统运行特性有何影响等内容进行深入的分析和研究，对于背靠背 VSC 的实际运行有重要的指导意义。1.2 背靠背VSC的研究现状1.2.1 背靠背VSC的应用情况a.背靠背VSC在变速恒频风力发电中的应用在能源短缺、环境污染日益严重的今天，充分开发、利用可再生能源是解决能源与环境问题的最优选择，其中风能的利用又是目前最具有现实意义的方案。对此，世界各国均高度重视、大力发展，使得风电机组的装机容量和在电能生产中所占比重均迅速增长。此外，随着风电机组单机容量的不断扩大，如何最大限度
11、地利用风能、提高发电效率已经成为风力发电的重要研究内容。变速恒频发电方式已成为风电技术的主流，其中采用变频器交流励磁的双馈异步发电系统更是当前的主要技术方案67。由于 PWM 整流-PWM 逆变形式的背靠背 VSC 不仅有良好的输出性能，更具有良好的输入性能，可获得任意功率因数的正弦输入电流，且具有能量双向流动的能力。更为重要的是根据目前商品化自关断功率器件的功率等级，可以满足兆瓦级变速恒频风力发电机组转子交流励磁的需要，有着现实的工程应用价值，因此在变速恒频双馈异步发电系统中可作为一种满足交流励磁要求的理想变频电源。由于在变速恒频双馈风力发电系统的运行过程中，两个 PWM 变流器的工作态经常
12、变换，通常不再以它们工作于整流或逆变的状态来区分它们，而是按它们的位置分别称之为网侧 PWM 变流器和转子侧 PWM 变流器，交流励磁双馈风力发电系统结构如图 1-1 所示。 图 1-1 变速恒频交流励磁双馈异步发电系统结构示意图在具体的运行控制过程中，网侧 PWM 变流器的任务主要有两个：一是保证良好的输入特性，即输入电流的波形接近正弦，谐波含量少，功率因数符合要求，理论上网侧 PWM 变流器可获得任意可调的功率因数，这就为整个系统的功率因数的控制提供了另一个途径；二是保证直流母线电压的稳定，直流母线电压的稳定是两个 PWM 变流器正常工作的前提，是通过对输入电流的有效控制来实现的。转子侧变
13、流器的作用是也主要分两个方面：一是给双馈异步发电机的转子提供励磁分量的电流，从而可以调节定子侧所发出的无功功率；二是通过控制双馈异步发电机转子转矩分量的电流控制转速或控制定子侧所发出的有功功率，从而使双馈异步发电机运行在风力机的最佳功率曲线上，实现最大风能追踪（捕获）运行。b.背靠背VSC在轻型直流输电系统中的应用 轻型直流输电（HVDC Light）技术采用全控型器件 IGBT（绝缘栅双极晶体管）和PWM（脉宽调制）技术组成的电压源换流器进行换流，可以工作在无源逆变方式，不需要外加换相电压，从而克服了传统 HVDC 受端必须是有源网络的根本缺陷。由于其传输容量比传统的小，装置结构简单，因此称为轻型直流输电。全控型器件的应用赋予了 HVDC Light 一些传统 HVDC 无法比拟的优点，例如可以向无源网络供电，同时独立控制有功功率和无功功率，动态补偿交流母线的无功功率，稳定直流母线电压等，甚至能够在一侧交流系统故障的条件下仍然通过另一侧输送功率，还可以构成并联多端直流系统。目前在瑞典、丹麦、澳大利亚和美国等国家已建成了 7 个轻型 HVDC 工程8-9，其主要适用于向孤立的远方小负荷区供电、风力发电站或小型水电站与主网的联结等。轻型直流输电系统结构如图 1-2所示。 图 1-2 轻型直流输电系统结构示意图 轻型直
